L’essence a été découverte il y a près de 160 ans comme sous-produit du raffinage du pétrole brut pour fabriquer du kérosène pour l’éclairage. L’essence n’était pas utilisée à l’époque, elle était donc brûlée à la raffinerie, convertie en combustible gazeux pour les lampes à gaz ou simplement jetée. Il y a environ 125 ans, au début des années 1890, les inventeurs de l’automobile ont commencé à réaliser que l’essence avait une valeur en tant que carburant. En 1911, l’essence a dépassé le kérosène pour la première fois. Et, en 1920, il y avait environ neuf millions de véhicules à essence aux États-Unis, et des stations-service s’ouvraient à travers le pays pour alimenter le nombre croissant de voitures et de camions. 1
Aujourd’hui, l’essence est le carburant de choix pour les véhicules légers, qui consomment environ 90 % du produit vendu aux États-Unis. 2 L’essence est également utilisée dans les motocyclettes, les véhicules récréatifs, les bateaux, les petits aéronefs, l’équipement de construction, les outils électriques et les génératrices électriques portatives. Les Américains utilisent en moyenne plus d’un gallon d’essence par personne et par jour, avec une consommation américaine d’environ 392 millions de gallons par jour au 31 décembre 2016.3 Alors
, d’où vient toute cette essence et comment finit-elle dans les réservoirs de carburant des automobiles ? Lisez la suite pour en savoir plus sur la fabrication et la distribution de l’essence.
L’essence est fabriquée à partir de pétrole brut, qui contient des hydrocarbures – des composés organiques composés entièrement d’atomes d’hydrogène et de carbone. Le pétrole brut a toujours été obtenu par des puits verticaux forés dans des réservoirs souterrains et sous-marins. Un puits est essentiellement un trou rond bordé d’un tuyau métallique appelé tubage. Le fond du boîtier comporte des trous qui permettent à l’huile du réservoir d’entrer. De nombreux puits de pétrole produisent également du gaz naturel, qui est principalement utilisé pour des applications fixes comme le chauffage domestique, mais peut également servir de carburant avec des modifications appropriées du véhicule.
Les puits de pétrole modernes commencent toujours par des puits verticaux, mais à partir de là, ils peuvent bifurquer dans plusieurs directions et à des profondeurs variables. Ces puits secondaires permettent d’accéder à du pétrole supplémentaire, ce qui augmente la production tout en minimisant les perturbations de surface. Le forage horizontal est une pratique courante dans la fracturation hydraulique, un processus qui utilise l’injection de fluide et des charges explosives pour briser le sol autour d’un puits, ce qui libère du pétrole et du gaz naturel supplémentaires. Les puits horizontaux peuvent s’étendre sur plusieurs kilomètres à partir du puits central.
Alors que quelques puits ont une pression interne naturelle qui pousse le pétrole à la surface, la plupart nécessitent une forme de pompe submersible ou hors sol pour retirer le pétrole. Plusieurs processus supplémentaires peuvent être utilisés au cours de la durée de vie d’un puits pour extraire le maximum de pétrole possible. Les méthodes d’extraction secondaires courantes comprennent l’injection d’eau dans le puits et l’injection de gaz ou de vapeur. Lorsque les prix du pétrole brut chutent, les puits à faible production peuvent être plafonnés, pour être remis en service lorsque les prix augmentent.
Contrairement à la croyance populaire, la couleur du pétrole brut varie du presque transparent au noir de jais et peut avoir une viscosité allant de celle de l’eau à presque solide. La qualité du pétrole brut varie également considérablement, bien que les huiles provenant de la même zone générale aient tendance à avoir des propriétés similaires. La qualité de l’huile est basée sur une analyse chimique où les deux valeurs les plus importantes sont la densité moléculaire et la teneur en soufre.
Les pétroles qui ont de courtes chaînes d’hydrocarbures et une densité de 34 ou plus de l’American Petroleum Institute (API) sont considérés comme “légers”, ceux entre 31 et 33 sont “moyens”, tandis que ceux de 30 ans et moins sont “lourds”. Les huiles dont la teneur en soufre est inférieure à 0,5 % en poids sont « douces » et celles au-dessus de ce niveau sont « acides ». Le pétrole brut léger non corrosif est le type le plus précieux car il est plus facilement raffiné à moindre coût et produit de plus grandes quantités de produits finis.
Il existe 46 principaux pays exportateurs de pétrole, mais les prix du pétrole brut sont généralement cotés sur la base de l’un des trois principaux produits : West Texas Intermediate Crude, North Sea Brent Crude et UAE Dubai Crude. La tarification de ces produits sert de baromètre pour l’ensemble de l’industrie pétrolière. Les prix du pétrole sont basés sur le coût d’un “baril” de 42 gallons de brut, une unité de mesure qui remonte à l’aube du forage pétrolier.
Dans le passé, les États-Unis importaient de grandes quantités de pétrole brut et d’autres produits pétroliers. Le pic a été atteint en 2005 lorsque les importations nettes (importations moins exportations) ont atteint 12,6 millions de barils par jour. Plus récemment, l’exploration en cours et les processus d’extraction avancés ont augmenté la production nationale de pétrole et réduit les importations de pétrole. En 2016, les importations nettes n’étaient que de 4,9 millions de barils par jour, ce qui équivaut à environ 25 % de la consommation totale de pétrole aux États-Unis. Il s’agit d’une légère augmentation par rapport à 24 % en 2015, qui était le niveau le plus bas depuis 1970 4 .
Une fois le pétrole brut extrait des puits, il est stocké dans de grands réservoirs avant d’être transporté vers les raffineries. Les pipelines, les navires et les barges sont des méthodes couramment utilisées pour déplacer le pétrole brut. Cependant, ces dernières années, l’augmentation de la production dans les zones dépourvues d’accès aux pipelines ou aux voies navigables a entraîné le transport d’une plus grande quantité de pétrole par train dans des wagons-citernes. Les formes très épaisses et lourdes de pétrole brut, telles que les sables bitumineux, doivent être diluées avec des solvants avant de pouvoir être pompées dans des pipelines ou transportées par d’autres moyens.
Toutes les méthodes de transport de pétrole brut comportent des risques potentiels pour l’environnement. Cependant, les déraillements de trains pétroliers présentent des risques supplémentaires car les trains traversent régulièrement des villes et des villages où des déversements de pétrole et des incendies potentiels pourraient causer des dommages matériels importants et des pertes de vie.
Pour répondre à ces préoccupations, le ministère des Transports a publié une règle finale complète en mai 2015 qui contenait des normes améliorées pour les wagons-citernes, de nouvelles directives opérationnelles pour le déplacement de grands volumes de liquides inflammables par chemin de fer et une planification et une formation améliorées en matière d’intervention d’urgence. L’industrie ferroviaire soutient le remplacement accéléré des anciens wagons-citernes, a augmenté les inspections des voies pour minimiser les risques de déraillement et a adopté une technologie spéciale pour aider à déterminer les itinéraires ferroviaires les plus sûrs pour le transport du pétrole.5
Les raffineries sont des installations industrielles à grande échelle qui produisent des produits commerciaux à partir de pétrole brut et, dans certains cas, d’autres matières premières telles que la biomasse. Plus de la moitié de la capacité de raffinage du pétrole aux États-Unis est située sur la côte du Golfe, le reste étant dispersé à travers le pays – généralement à proximité des sources de production de pétrole ou des pipelines de transport et des voies navigables.
Les raffineries de pétrole fonctionnent 24 heures sur 24 et sept jours sur sept, mais doivent être fermées périodiquement pour l’entretien et les réparations. Généralement, cela se produit au printemps et à l’automne lorsque des changements doivent être apportés aux raffineries pour passer de la production d’essence d’été à celle d’hiver, et vice versa. Les différences entre les deux seront discutées plus tard.
Les arrêts de raffinerie ont un impact sur l’approvisionnement régional en essence, ils sont donc généralement planifiés longtemps à l’avance et surveillés attentivement. Cela permet au réseau de distribution de faire les ajustements nécessaires pour assurer un approvisionnement ininterrompu en carburant. Les pannes imprévues des raffineries causées par des problèmes techniques ou des conditions météorologiques extrêmes peuvent entraîner des pénuries d’essence localisées à court terme et une hausse des prix du carburant.
Presque toute l’essence vendue aux États-Unis est raffinée ici, et les États-Unis exportent également de grandes quantités d’essence vers d’autres pays – plus de 230 millions de barils en 2016.6 Le raffinage du pétrole brut en produits pétroliers finis est une entreprise extrêmement complexe. La description suivante fournit un aperçu de haut niveau du processus de raffinage, en se concentrant sur la production d’essence.
Toutes les raffineries utilisent un processus primaire appelé distillation fractionnée pour décomposer le pétrole brut en divers composants. La distillation consiste à chauffer le pétrole brut jusqu’à ébullition (vers 600°C) puis à injecter la vapeur dans une tour de distillation. Au fur et à mesure que la vapeur chaude monte dans la tour, elle se refroidit et, à différentes hauteurs et températures, diverses «fractions» du pétrole brut se condensent et sont collectées. Les fractions plus lourdes, telles que l’huile de lubrification, ont des points d’ébullition plus élevés et se condensent près du bas de la tour. Les fractions plus légères, telles que le propane et le butane, ont des points d’ébullition plus bas et montent vers le haut. L’essence, le kérosène, le gazole et le carburant diesel sont collectés dans la partie médiane de la tour.
Très peu de produits pétroliers, dont l’essence, sont prêts à l’emploi lorsqu’ils sortent de la tour de distillation. Un certain nombre de processus de raffinage secondaire sont nécessaires pour purifier les fractions et les convertir en produits commercialisables.
Le « cracking » implique des processus de traitement qui décomposent les molécules des fractions plus lourdes en fractions plus légères. Il est fréquemment utilisé pour fabriquer des composants d’essence à partir d’huiles plus lourdes. Il existe de nombreuses formes de craquage telles que le craquage catalytique fluide, l’hydrocraquage et la cokéfaction/craquage thermique. Chacun se traduit par des chaînes d’hydrocarbures uniques qui sont utilisées dans l’essence et d’autres produits.
“Combiner” est essentiellement le contraire de la fissuration. Il unit les fractions plus légères en fractions plus lourdes qui sont également utilisées dans la formulation de l’essence. Deux processus de combinaison courants sont le reformage et l’alkylation. Le premier augmente la quantité de composants qui entrent dans la fabrication de l’essence, tandis que le second crée des hydrocarbures «aromatiques» qui jouent un rôle clé dans l’augmentation de l’octane du carburant fini.
La dernière étape de la production d’essence est le mélange. Plusieurs produits pétroliers provenant des divers processus de raffinage sont soigneusement combinés pour créer des essences de base de qualité régulière et supérieure. Ces carburants doivent répondre à des exigences de performance explicites et étendues qui changent à la fois avec la saison et l’endroit où le carburant sera vendu. Par exemple, l’essence d’été est mélangée pour se vaporiser moins facilement, ce qui aide à réduire les émissions par évaporation. L’essence d’hiver est mélangée pour se vaporiser plus facilement, ce qui facilite le démarrage du moteur à froid et la maniabilité.
Plusieurs régions des États-Unis exigent des essences « boutique » ou « reformulées » spécialement mélangées qui brûlent plus proprement et font partie d’un plan de mise en œuvre de l’État (SIP) pour réduire les émissions. À l’origine, il y avait 15 formulations uniques, mais dans un effort pour réduire la prolifération des mélanges d’essence, l’EPA n’autorise désormais que six carburants boutique à utiliser dans les nouveaux SIP. 7 D’autres formulations faisant partie des SIP existants continuent d’être utilisées dans divers domaines.
Les quantités de produits pétroliers finis fabriqués à partir d’un baril de pétrole brut varient selon la raffinerie, mais la plupart des usines sont conçues pour maximiser la production d’essence. Comme le montre l’illustration ci-jointe, près de la moitié de chaque baril est transformé en essence, dont environ un quart devient du carburant diesel (distillat à très faible teneur en soufre). En raison d’un effet appelé «gain de traitement en raffinerie», un baril de pétrole brut de 42 gallons fournira en fait environ 45 gallons de produits pétroliers finis.
Une fois raffinée, l’essence de base est stockée dans de grands réservoirs jusqu’à ce qu’elle soit distribuée via des pipelines, des navires et des barges aux terminaux de distribution situés dans et autour des principales zones métropolitaines. Pour éviter la contamination du carburant, les pipelines utilisés à cette fin sont différents de ceux utilisés pour transporter le pétrole brut.
L’essence et d’autres produits pétroliers raffinés tels que le kérosène, le diesel et le carburéacteur sont envoyés dans les pipelines par lots sans séparation physique entre un produit et le suivant. Il en résulte un certain mélange des produits et des systèmes sont en place pour isoler ces mélanges des produits purs de part et d’autre de l’interface. Le liquide mélangé, appelé transmix, est stocké séparément et envoyé à des usines de traitement spéciales qui le re-raffinent en produits commercialisables.
Les terminaux de distribution ont d’énormes réservoirs de stockage qui contiennent de l’essence ordinaire et super, du carburant diesel et de l’éthanol. Les réservoirs de stockage d’essence contiennent généralement des carburants de base provenant de nombreuses raffineries et compagnies pétrolières différentes, ce qui signifie que toute l’essence est la même à ce stade. Le terminal de distribution dispose également de nombreux réservoirs de stockage plus petits qui contiennent des ensembles d’additifs pour carburant qui varient des formulations standardisées des fournisseurs aux mélanges spécifiques à la marque développés par des compagnies pétrolières individuelles.
L’essence est livrée aux stations-service par des camions-citernes pouvant contenir jusqu’à 10 000 gallons de carburant. La plupart des réservoirs de ces camions ont plusieurs compartiments afin qu’ils puissent transporter plusieurs types et qualités de carburant différents. Lorsque le camion-citerne est rempli au terminal de distribution, de l’éthanol (le cas échéant) et un ensemble spécifique d’additifs pour carburant sont mélangés à l’essence de base lorsqu’elle est pompée dans le réservoir. C’est à ce moment que l’essence de base générique devient un produit de marque aux caractéristiques uniques.
Les camions-citernes livrent l’essence et le carburant diesel du terminal de distribution aux stations-service où ils sont stockés dans des réservoirs souterrains. La plupart des stations ont des réservoirs pour l’essence ordinaire et super, un réservoir pour le diesel s’ils en vendent et éventuellement un réservoir pour l’éthanol pur, comme nous le verrons plus loin. Les sections suivantes traitent de plusieurs questions dont les consommateurs devraient être conscients lorsqu’ils achètent de l’essence.
L’illustration ci-jointe montre ce que les consommateurs paient pour un gallon d’essence et compare 2016 à la moyenne des 10 dernières années. Pendant ce temps, les prix du pétrole brut ont chuté, ce qui a entraîné une augmentation des pourcentages des autres coûts. Gardez à l’esprit que ces augmentations peuvent ne pas refléter les changements réels en dollars, car le coût d’un gallon d’essence a considérablement baissé. Par exemple, la part des taxes fédérales et étatiques a augmenté de 6 %, même si la taxe fédérale sur l’essence n’a pas changé depuis 1993 et que seuls quelques États ont augmenté les taxes sur les carburants qu’ils prélèvent.
L’essence est vendue dans des qualités régulières et premium, et parfois aussi dans une qualité intermédiaire. Le carburant de qualité intermédiaire est créé dans la pompe en mélangeant de l’essence ordinaire et de l’essence super. La qualité d’une essence est basée sur son indice d’octane, qui évalue dans quelle mesure le carburant empêche le moteur de « cogner ». Plus l’indice d’octane est élevé, plus la résistance du carburant au cliquetis est élevée.
Dans la plupart des régions du pays, l’essence ordinaire a un indice d’octane de 87, le grade intermédiaire est de 89 et le super est de 91, 92 ou 93, selon les facteurs locaux. Dans les régions à haute altitude, où l’air contient moins d’oxygène pour soutenir la combustion, les essences ordinaires, intermédiaires et super ont généralement des indices d’octane de 85, 87 et 91 respectivement. Recherche
n’ont constaté aucune augmentation des performances du moteur ni diminution des émissions de gaz d’échappement lors de l’utilisation d’essence avec un indice d’octane supérieur à celui recommandé par le constructeur du véhicule. À moins que le manuel du propriétaire ne spécifie un carburant de qualité intermédiaire ou supérieure pour un véhicule, recommande aux consommateurs d’économiser leur argent et de s’en tenir à de l’essence de qualité ordinaire.
Le gouvernement fédéral exige que toute l’essence contienne une quantité minimale d’additifs détergents pour aider à prévenir les dépôts de carbone nocifs sur les injecteurs de carburant, les soupapes d’admission du moteur et les surfaces de la chambre de combustion. Cependant, de nombreux constructeurs automobiles estiment que la teneur minimale en additifs requise est insuffisante pour maintenir des performances optimales du moteur et du système de contrôle des émissions sur le long terme. En réponse, ils ont créé une norme d’additif pour carburant améliorée appelée essence détergente Top Tier TM .
La recherche a vérifié que l’essence Top Tier peut garder les composants du moteur jusqu’à 19 fois plus propres que les carburants avec le niveau de détergent minimum requis. Aujourd’hui, 52 marques d’essence répondent à la norme Top Tier; une liste peut être trouvée ici . recommande d’utiliser de l’essence Top Tier pour éliminer et prévenir les dépôts dans le moteur, maximiser les performances du véhicule et l’économie de carburant, et réduire les émissions d’échappement.
En 2005, le Congrès a promulgué la norme sur les carburants renouvelables, qui imposait l’adoption de plusieurs carburants renouvelables, mais principalement de l’éthanol. En 2007, des objectifs d’utilisation de carburants renouvelables ont été fixés qui nécessitaient l’utilisation de 36 milliards de gallons de ces carburants par an d’ici 2022. Ces objectifs sont actuellement en cours de révision car l’amélioration de l’économie de carburant des véhicules et d’autres facteurs ont entraîné des volumes de ventes de carburant bien inférieurs à ceux projetés sur plus d’une décennie. depuis. En 2016, environ 14 milliards de gallons d’éthanol ont été ajoutés à l’essence vendue aux États-Unis, dont la quasi-totalité contient jusqu’à 10 % d’éthanol (E10).
L’éthanol peut aider à réduire la dépendance de l’Amérique vis-à-vis du pétrole importé, et c’est aussi un bon booster d’octane. En fait, la plupart des essences de base sont aujourd’hui mélangées à un indice d’octane inférieur qui est ensuite augmenté avec l’ajout d’éthanol pour atteindre l’indice d’octane affiché sur la pompe.
En revanche, l’éthanol est corrosif et attire l’eau, ce qui peut causer des problèmes dans les systèmes de carburant non conçus pour l’essence E10. Cela concerne principalement les voitures plus anciennes, les moteurs de bateaux, les motos, les véhicules récréatifs personnels et les petits moteurs utilisés dans les équipements électriques. recommande de vérifier le manuel de l’opérateur ou de contacter le fabricant du véhicule, de l’équipement ou du moteur pour déterminer si l’essence contenant de l’éthanol peut être utilisée en toute sécurité dans une application donnée. L’essence sans éthanol est disponible dans la plupart des marinas et dans un nombre limité de stations-service.
Certaines stations-service vendent des mélanges d’essence E15 et E85 contenant respectivement jusqu’à 15 et 85 % d’éthanol. Ces stations ont souvent un réservoir de stockage supplémentaire qui contient de l’éthanol pur, qui est mélangé à de l’essence dans des «pompes mélangeurs» spéciales pour créer le carburant final. Certaines pompes mélangeuses distribuent également des mélanges éthanol/essence supplémentaires dont la teneur en éthanol varie entre 15 et 85 %.
L’E15 est relativement rare sur le marché à l’heure actuelle, et recommande de l’utiliser uniquement dans les véhicules où il est spécifiquement approuvé par le constructeur automobile. Les carburants dont la teneur en éthanol est supérieure à 15 % ne doivent être utilisés que dans les véhicules « flex-fuel » qui sont équipés en usine de systèmes de carburant spéciaux pouvant s’adapter à des mélanges d’éthanol plus élevés.
La capacité d’une personne moyenne à avoir un impact sur la production, la distribution et les ventes d’essence est à peu près limitée aux sélections qu’elle fait à la pompe. Jusque-là, le processus est contrôlé par les compagnies pétrolières et les agences gouvernementales. Cela ne veut pas dire que le choix du consommateur n’est pas important. Collectivement, les choix d’achat des consommateurs peuvent avoir un impact négatif sur les bénéfices des entreprises et encourager un comportement plus responsable après des catastrophes environnementales telles que des marées noires. Sur une base individuelle, le choix du grade et de la qualité d’essence appropriés peut permettre d’économiser de l’argent, d’optimiser les performances et l’économie de carburant et de réduire les émissions de gaz d’échappement.
